Fizikalno-kemijske lastnosti beljakovin. Struktura in funkcija proteinov

Preden govorimo o lastnostih beljakovin, je smiselno podati kratko opredelitev tega pojma. To je visoka molekulska masa organske snovi ki sestojijo iz peptidno vezanih alfa aminokislin. Beljakovine so pomemben del prehrane ljudi in živali, saj telo ne proizvaja vseh aminokislin - nekatere prihajajo s hrano. Kakšne so njihove lastnosti in funkcije?

Amphoteric

To je prva značilnost beljakovin. Pri amfoterni je mišljena njihova sposobnost, da pokaže tako kisle kot osnovne lastnosti.

Proteini v svoji strukturi imajo več vrst kemičnih skupin, ki so sposobne ionizirati v raztopini H ₂ O, kar vključuje:

• Karboksilni ostanki. Natančno, glutaminska in asparaginska kislina.
• Dušikove skupine. E-amino skupina lizina, argininski ostanek CNH (NH2) in imidazolni ostanek heterociklične alfa-amino kisline, imenovane histidin.

Vsak protein ima tako lastnost kot izoelektrična točka. Po tem konceptu razumemo kislost medija, v katerem površina ali molekula nima električnega naboja. V takih pogojih se minimizira hidracija in topnost beljakovin.

Kazalec je določen z razmerjem bazičnih in kislih aminokislinskih ostankov. V prvem primeru pade točka na alkalno regijo. V drugem - na kislo.

Topnost

Glede na to lastnost se beljakovine delijo na majhno klasifikacijo. Tukaj so:

• Topen . Imenujejo se albumin. So zmerno topni v koncentriranih solnih raztopinah in koagulirajo pri segrevanju. Ta reakcija se imenuje denaturacija. Molekulska masa albumina je okoli 65 000. V njih ni ogljikovih hidratov. In snovi, ki so sestavljene iz albumina, se imenujejo albuminoidi. Sem spadajo jajčni beljak, rastlinska semena in serum.
• Netopen . Imenujejo se skleroproteini. Dober primer je keratin, fibrilarna beljakovina z mehansko trdnostjo, ki je druga kot hitin. Iz te snovi sestavljajo nohti, lasje, ptičji kljunovi in ​​perje ter rogovi nosoroga. V to skupino beljakovin so vključeni tudi citokeratini. Je strukturni material znotrajceličnih filamentov citoskeleta epitelijskih celic. Drugi netopni proteini vključujejo fibrilarni protein, imenovan fibroin.
• Hidrofilna . Aktivno delujejo z vodo in jo absorbirajo. Ti vključujejo beljakovine zunajcelične snovi, jedra in citoplazmo. Vključno z zloglasnim fibroinom in keratinom.
• Hidrofoben . Odganjajo vodo. Ti vključujejo beljakovine, ki so komponente bioloških membran.

Denaturacija

To je ime procesa modificiranja proteinske molekule pod vplivom določenih destabilizacijskih dejavnikov. Ko ostane ta aminokislinska sekvenca enaka. Vendar beljakovine izgubijo svoje naravne lastnosti (hidrofilnost, topnost in druge).

Treba je opozoriti, da lahko kakršne koli pomembne spremembe v zunanjih pogojih povzročijo kršitve proteinskih struktur. Najpogosteje denaturacija povzroči zvišanje temperature, pa tudi učinek alkalij, močne kisline, sevanja, soli težkih kovin in celo določenih topil na beljakovino.

Zanimivo je, da denaturacija pogosto vodi v dejstvo, da se delci beljakovin agregirajo v večje. Dober primer so na primer ocvrta jajca. Vsi vedo, kako se v procesu cvrtja beljakovina tvori iz bistre tekočine.

Še vedno je treba povedati o takem pojavu, kot je renaturacija. Ta proces je obraten denaturaciji. V njem se beljakovine vrnejo v svojo naravno strukturo. In to je res mogoče. Skupina kemikov iz Združenih držav in Avstralije je našla način, da renat trdo kuhano jajce. To bo trajalo le nekaj minut. Za to bo potrebna sečnina (diamid karbonska kislina) in centrifugiranje.

Struktura

O tem je treba reči ločeno, saj govorimo o vrednosti beljakovin. Skupno imamo štiri ravni strukturne organizacije:

• Primarni . Predstavlja zaporedje aminokislinskih ostankov v verigi polipeptidov. Glavna značilnost so konzervativni motivi. Tako imenovane stabilne kombinacije aminokislinskih ostankov. So v mnogih zapletenih in enostavnih beljakovinah.
• Sekundarno . To se nanaša na urejanje katerega koli lokalnega fragmenta verige polipeptidov, ki stabilizirajo vodikove vezi.
• Terciarno . To označuje prostorsko strukturo verige polipeptidov. Ta raven je sestavljena iz nekaterih sekundarnih elementov (stabilizirajo jih različne vrste interakcij, pri čemer so najpomembnejše hidrofobne). Pri stabilizaciji so vključene ionske, vodikove in kovalentne vezi.
• Kvartar . Imenuje se tudi domena ali podenota. Ta raven je sestavljena iz relativnega položaja verig polipeptidov v sestavi celotnega proteinskega kompleksa. Zanimivo je, da sestava proteinov s kvarterno strukturo ne vključuje le identičnih, ampak tudi različnih verig polipeptidov.

To delitev je predlagal danski biokemik po imenu K. Lindstrom-Lang. In upoštevajte, da je zastarela, vendar jo še naprej uporabljajo.

Vrste stavb

Ko govorimo o lastnostih beljakovin, je treba opozoriti, da so te snovi glede na vrsto strukture razdeljene v tri skupine. Namreč:

• Vlakneni proteini. Imajo vlaknasto podolgovato strukturo in veliko molekulsko maso. Večina jih ni topnih v vodi. Struktura teh proteinov se stabilizira z interakcijami med polipeptidnimi verigami (sestavljene so iz vsaj dveh aminokislinskih ostankov). To so fibrilarne snovi, ki tvorijo polimer, fibrile, mikrotubule in mikrofilamente.
• Globularne beljakovine. Vrsta strukture povzroča njihovo topnost v vodi. Celotna oblika molekule je okrogla.
• Membranski proteini. Struktura teh snovi ima zanimivo lastnost. Imajo domene, ki prečkajo celično membrano, vendar njihovi deli štrlijo v citoplazmo in medcelično okolje. Ti proteini igrajo vlogo receptorjev - prenašajo signale in so odgovorni za transmembranski transport hranil. Pomembno je izraziti pridržek, da so zelo specifični. Vsaka beljakovina prehaja le določena molekula ali signal.

Enostavno

Tudi o njih lahko povem še malo več. Enostavni proteini so sestavljeni samo iz polipeptidnih verig. Te vključujejo:

• Protamin . Jedrski protein z nizko molekulsko maso. Njegova prisotnost je zaščita DNA pred delovanjem nukleaz - napadajočih encimov nukleinske kisline.
• Histoni Močne osnovne preproste beljakovine. Koncentrirani so v jedrih rastlinskih in živalskih celic. Sodelujejo pri "pakiranju" DNA verig v jedro, kot tudi v postopkih, kot so popravilo, replikacija in transkripcija.
• Albumini . O njih je že omenjeno. Najbolj znan albumin - sirotka in jajce.
• Globulin . Sodeluje pri koagulaciji krvi in ​​pri drugih imunskih reakcijah.
• Prolamini . To so rezervne žitne beljakovine. Njihova imena so vedno drugačna. Pri pšenici se imenujejo ptyalin. Pri ječmenu - hordeinami. V ovsu - avsninami. Zanimivo je, da se prolamini delijo na njihove razrede beljakovin. Med njimi sta le dva: S-bogata (z vsebnostjo žvepla) in S-revna (brez njega).

Izziv

Kaj pa kompleksne beljakovine? Vsebujejo protetične skupine ali tiste, v katerih ni aminokislin. Te vključujejo:

• Glikoproteini . Vsebujejo ostanke ogljikovih hidratov s kovalentno vezjo. Ti kompleksni proteini so najpomembnejša strukturna komponenta celičnih membran. Mnogim hormonom pripada tudi njih. In glikoproteini membran eritrocitov določajo krvno skupino.
• Lipoproteini . Sestavljeni so iz lipidov (maščobnih snovi) in imajo vlogo "transporta" teh snovi v kri.
• Metaloproteini . Te beljakovine v telesu so zelo pomembne, ker brez njih ni izmenjave železa. Sestava njihovih molekul vključuje kovinske ione. Tipičen predstavnik tega razreda sta transferin, hemosiderin in feritin.
• Nukleoproteini . Sestavljeni so iz ILV in DNA brez kovalentne vezi. Svetel predstavnik je kromatin. V svoji sestavi se genetske informacije uresničujejo, DNA se popravi in ​​replicira.
• Fosfoproteini . Sestavljajo ostanke fosforjeva kislina, vezan kovalentno. Primer je kazein, ki je prvotno vsebovan v mleku, kot kalcijeva sol (v vezani obliki).
• Kromoproteini . Imajo preprosto strukturo: beljakovino in barvno komponento, ki pripada protetični skupini. Sodelujejo pri celičnem dihanju, fotosintezi, redoks reakcijah itd. Brez kromoproteinov se energija ne kopiči.

Presnova

O fizikalno-kemijskih lastnostih beljakovin smo že povedali. O njihovi vlogi v presnovo tudi omeniti.

Obstajajo aminokisline, ki so bistvenega pomena, ker jih ne živijo živih organizmov. Sesalci jih sami dobijo iz hrane. V procesu prebave se protein uniči. Ta postopek se prične z denaturacijo, ko se postavi v kislo okolje. Potem - hidroliza, v katero so vključeni encimi.

Nekatere aminokisline, ki jih telo sčasoma dobi, so vključene v proces sinteze beljakovin, katerih lastnosti so potrebne za njen polni obstoj. Preostanek pa se predeluje v glukozo - monosaharid, ki je eden glavnih virov energije. Beljakovine so zelo pomembne za prehrano ali post. Če ne pride skupaj s hrano, se bo telo začelo »jesti sama« - obdelovati lastne beljakovine, še posebej mišične.

Biosinteza

Glede na fizikalno-kemijske lastnosti beljakovin se moramo osredotočiti na to temo, kot je biosinteza. Te snovi se oblikujejo na podlagi informacij, ki so kodirane v genih. Vsak protein je edinstvena sekvenca aminokislinskih ostankov, ki jo določa gen, ki ga kodira.

Kako se to dogaja? Gen, ki kodira protein, prenese informacije iz DNA v RNA. To se imenuje transkripcija. V večini primerov se sinteza pojavi na ribosomih - to je najpomembnejši organoid žive celice. Ta postopek se imenuje prevod.

Obstaja tudi tako imenovana ne ribosomska sinteza. Omeniti velja tudi to, ker gre za pomen beljakovin. Ta vrsta sinteze je opažena pri nekaterih bakterijah in nižjih glivah. Postopek poteka preko kompleksa proteinov z visoko molekulsko maso (znan kot sintaza NRS) in ribosomi pri tem ne sodelujejo.

Seveda pa obstaja tudi kemijska sinteza. Z njim lahko sintetizirate kratke beljakovine. Za to se uporabljajo metode, kot je kemična ligacija. To je nasprotje zloglasne biosinteze ribosomov. V isti metodi je mogoče dobiti inhibitorje nekaterih encimov.

Poleg tega je zaradi kemijske sinteze mogoče v sestavo proteinov vnesti tiste aminokislinske ostanke, ki jih ne najdemo v navadnih snoveh. Recimo, da imajo tisti s stranskimi verigami fluorescentne oznake.

Treba je omeniti, da metode kemijske sinteze niso popolne. Obstajajo določene omejitve. Če protein vsebuje več kot 300 ostankov, bo umetno sintetizirana snov verjetno dobila napačno strukturo. In to bo vplivalo na lastnosti.

Snovi živalskega izvora

Njihovo obravnavo je treba posvetiti posebno pozornost. Živalske beljakovine so snov, ki jo najdemo v jajcih, mesu, mlečnih proizvodih, perutnini, morski hrani in ribah. Vsebujejo vse aminokisline, potrebne za telo, vključno z 9 bistvenimi. Tu so številne najpomembnejše funkcije, ki jih opravljajo živalske beljakovine:

• Kataliza mnogih kemijskih reakcij. Ta snov jih začne in pospešuje. Za to so odgovorni encimski proteini. Če jih telo ne dobi dovolj, se oksidacija in redukcija, spajanje in lomljenje molekularnih vezi, kot tudi transport snovi, ne opravijo v celoti. Zanimivo je, da le majhen del aminokislin vstopa v različne vrste interakcij. Še manjša količina (3-4 ostanki) je neposredno vključena v katalizo. Vsi encimi so razdeljeni v šest razredov - oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, lijaze, izomeraze, ligaze. Vsak od njih je odgovoren za eno ali drugo reakcijo.
• Nastanek citoskeleta, ki tvori strukturo celic.
• Imunska, kemična in fizična zaščita.
• Prevoz pomembnih sestavin, potrebnih za rast in razvoj celic.
• Prenos električnih impulzov je pomemben za delo celotnega organizma, saj brez njih interakcija celic ni mogoča.

In to niso vse možne funkcije. Toda kljub temu je pomen teh snovi jasen. Sinteza beljakovin v celicah in v telesu je nemogoča, če oseba ne uživa svojih virov. To so meso puranov, govedina, jagnjetina, kunčje meso. Veliko beljakovin najdemo v jajcih, kisli smetani, jogurtu, skuti, mleku. Sintezo beljakovin lahko aktivirate tudi v celicah telesa tako, da dodate vaši prehrani šunko, stranske proizvode, klobaso, konzervirano meso in teletino.